NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) Faisceaux d'ions lourds
Les faisceaux exotiques
Jusqu'à récemment, les faisceaux d'ions ne pouvaient être constitués que des noyaux que l'on trouve en abondance sur Terre. Pourtant, comprendre en profondeur la physique nucléaire nécessite l'étude de toutes les combinaisons plus ou moins stables de nucléons, protons et neutrons. Les observations montrent que plus de 90 p. 100 des noyaux ont une durée de vie courte qui les empêche de survivre sur notre planète. Ces noyaux appelés « exotiques » n'échappent pourtant pas totalement à notre connaissance, puisque les physiciens savent les reconnaître et mesurer certaines de leurs caractéristiques lorsqu'ils apparaissent lors de réactions étudiées en laboratoire. On conçoit donc qu'à défaut d'en fabriquer des cibles trop éphémères pour qu'on leur applique les processus habituels d'observation – diffusions de photons, d'électrons, de protons ou de neutrons –, les physiciens aient réfléchi à leur éventuelle utilisation comme faisceau incident. Il faut pour cela qu'ils les produisent de façon copieuse, qu'ils séparent les différentes espèces coexistantes puis qu'ils les focalisent et éventuellement les accélèrent avant de les projeter sur une cible peu éloignée. Ce programme a été mené à bien dans plusieurs laboratoires et l'on pense pouvoir prochainement étudier de cette façon des collisions entre plusieurs milliers d'isotopes différents.
Deux approches ont été expérimentées. La première, appelée « fragmentation en vol », est rapide et capable de fabriquer des faisceaux de noyaux très instables. En Europe, le centre de recherche GSI de Darmstadt (Allemagne) a choisi cette voie pour son programme F.A.I.R. (facility for antiproton and ion research), dont la construction devrait être achevée vers 2015. Deux synchrotrons supraconducteurs y accéléreront des ions jusqu'à des énergies de 35 GeV (gigaélectronvolts ou milliards d'électronvolts) par nucléon, ce qui permettra d'obtenir des faisceaux secondaires d'ions exotiques de grande qualité. La seconde voie réalisable pour fabriquer des faisceaux exotiques est la « séparation isotopique en ligne » (I.S.O.L., isotopic separation on line) qui produit des faisceaux plus purs et plus intenses mais est limitée aux isotopes de durée de vie suffisante. Ces deux approches sont donc complémentaires, puisque la première permet l'observation d'une multitude de réactions tandis que la seconde en étudiera certaines avec une grande précision.
Spiral au G.A.N.I.L.
Encyclopædia Universalis France
En Europe, le G.A.N.I.L. de Caen a mis au point un ensemble appelé Spiral (pour système de production d'ions radioactifs en ligne). En septembre 2001, le premier faisceau radioactif extrait avait une intensité de 2 millions d'ions par seconde. Il était constitué de l'isotope Néon-18, de demi-vie inférieure à 2 secondes, produit à partir des collisions, sur une cible de carbone chauffé à 1 800 0C, d'un faisceau primaire d'ions stables de néon 20, accélérés jusqu'à une énergie de 95 MeV par nucléon. Les atomes radioactifs produits étaient ionisés par un aimant permanent placé à proximité de la cible, puis accélérés par un petit cyclotron jusqu'à une énergie de 7 MeV par nucléon. Après purification d'une contamination principalement constituée d'oxygène 18 et de fluor 18, ce faisceau exotique a ensuite été analysé par un spectromètre. De nombreux autres faisceaux d'ions légers exotiques ont depuis lors été utilisés pour cerner les propriétés des noyaux très déformés. L'installation Spiral doit être dotée d'un accélérateur linéaire primaire supraconducteur capable d'accélérer un courant de deutérons de plusieurs milliampères d'intensité jusqu'à une énergie de 40 MeV et un courant d'ions lourds avec des performances voisines. Cinq faisceaux radioactifs secondaires constitués d'ions ayant des nombres de masse jusqu'à 150[...]
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Écrit par
- Marc LEFORT : professeur émérite
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
Classification
Médias
Fusion incomplète de deux noyaux
Encyclopædia Universalis France
Fusion complète entre deux noyaux
Encyclopædia Universalis France
Formes de noyaux
Encyclopædia Universalis France
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